EDA技术及应用实训报告[综合材料].doc

桂林电子科技大学信息科技学院EDA技术及应用实训报告学 号 1252100301 姓 名 指导教师：覃琴 2014年 4 月 29 日实训题目：数字日历电路 1 系统设计1.1 设计要求1.1.1 设计任务 （1）用Verilog HDL语言设计出能够在EDA实训仪的I/O设备和PLD芯片实现的数字日历。 （2）数字日历能够显示年、月、日、时、分和秒。 （3）用EDA实训仪上的8只八段数码管分两屏分别显示年、月、日和时、分、秒，即在一定时间段内显示年、月、日（如20140101），然后在另一时间段内显示时、分、秒（如010101099），两个时间段能自动倒换。 （4）数字日历具有复位和校准年、月、日、时、分、秒的按钮，但校年和校时同用一个按钮，即在显示年、月、日时用此按钮校年，在显示时、分、秒时则用此按钮校时。 （5）体现创新部分1.1.2 性能指标要求 1）数字电路能够在一定的时间内显示切换的功能，并且能手动校准年月日和时分秒 2）具有复位和进位的功能 3）能起到提示的作用，如闹钟或亮彩灯等。1.2 设计思路及设计框图1.2.1设计思路 如图1.2.2所示 1） EDA实训箱上的功能有限，可以用到的有8支数码管和12个lED灯。年、月、日和时、分、秒可以通过数码管显示，年月日和时分秒的切换可以通过拨动开关控制，校正可以通过按键实现。 2）输入的秒脉冲由DEA实训仪上的20MHZ晶振经过分频得到，秒脉冲经过60分频后产生1分钟脉冲信号，在经过60分频后产生1小时的脉冲信号，最后进行24分频，得到1天的脉冲送24进制的cout输出。在将两个60分频和一个24分频的输出送到送到数码管的译码器输入端，得到24小时的计时显示结果。由此得到数字日历的计时器模块。1.2.2设计框图 20MHZ晶振显示器显示器显示器 分频器输入电路六十进制计数器（分）六十进制计数器（分）二十四进制计数器（时）coutcoutcoutCout coutco 秒脉冲 校时电路 图1.2.2数字钟的原理框图2 各个模块程序的设计2.1图1 1HZ秒脉冲的分频模块元件符号 2.1输入的秒脉冲由EDA实训仪上的20MHZ晶振经过分频得到,设计一个输出频率为1HZ的秒脉冲。图1是1HZ秒脉冲的分频模块元件符号图1 1HZ秒脉冲的分频模块元件符号2.2 图2是cnt24与cnt60模块设计的元件符号 图2 cnt24与cnt60模块的元件符号2.3 图3是计时器设计原理图 clk秒时钟输入端，clrn清除输入端，低电平有效；jm、jf 、js分别是校秒、校分和校时的输入端，下降沿有效；qm7.0、qf7.0和qs7.0分别是秒、分、和时的输出端；cout是“天”脉冲输出端。2.4数字日历电路的设计 数字电路原理图包括包括计时器模块（jsq）、年月日模块（nyr2014）、控制模块（cour）、校时选择模块（xs_6）、显示选择模块（mux_16）和流水灯（LED）提示模块。图4是数字日历设计的原理图。 图4是数字日历设计的原理图 2.5控制模块的设计 图5是控制模块的元件符号图5 控制模块的元件符号 clk是1s时钟输入端;k1和k2是控制输入端，k是控制输出端。k1k2=00或11时是自动显示模块，控制数码器用8s钟时间显示年月日8s显示时分秒，k1k2=01时仅控制显示时分秒，同时用j1、j2、j3校秒、校分和校时，k1k2=10时，仅显示年、月、日，同时用j1、j2、j3校年、校月和校日。2.6校时选择模块的设计 校时选择模块的元件符号如图6所示。k是控制输入端，k=0是,控制将校时按钮j1、j2和j3的信号分别分别送到计时器模块的jm、jf、js,k=1时校时按钮j1、j2、j3的信号分别送到年月日模块的jr、jy、jn。 图6 校时选择模块的元件符号2.7显示选择模块 图7是显示选择模块的元件符号。k是控制输入端，K=0时，控制将计时器模块送来的qm7.0、qf7.0、和qs7.0状态信号送到数码管显示。k=1时将年月日送来的qr7.0、qy7.0、qn7.0状态信号送到数码管显示。图7 显示选择模块的元件符号2.8流水灯提示模块的设计 图8是流水灯提示模块的元件符号。clk是一秒钟输入端，K是控制输入端，qy7.0（月）、qr7.0（日）是状态信号送到数码管显示。qo11.0是输出的流水灯图8 流水灯提示模块的元件符号3 调试过程 当数字日历得所有模块编译成功后我首次下载到实训箱上时，它并不能实现进位的功能，经调整。数字日历的各基本功能通实现后，在其基础上新增了彩灯控制模块。经过逐条编写和更正。程序最终通过编译并能顺利下载到实训箱上进行验证。4 功能测试4.1 测试仪器与设备 EDA实训箱4.2 性能指标测试 当所设定的生日到时流水灯能顺利的实现该提示功能，不过自动显示模块还是没能很准确的进行累加，该功能的延时时间超出了设计的时间。5 实训心得体会从陌生到熟悉，我基本上的摸清了QuartusII9.0的用法。并逐渐掌握了verilog HDL语言的规则。并能编写简单的程序。经过查找资料和各个老师的耐心指导。我完成了数字日历电路的设计。不仅添加了创新部分，还在EDA实训仪上成功实现了它的彩灯旋转功能。并用一个拨动开关来控制灯的亮灭。记得刚开始拿到实训课题时，我那一脸的茫然，不知从哪儿入手。来回跑了图书馆好几趟，最后跟着舍友起步。从编写代码开始，经编译后逐个查找错误并纠正。几番波折，最终完成了数字日历的设计和添加了创新功能。通过此次EDA实训我熟练的掌握了QuartusII9.0软件，并能通过波形仿真更加透彻的掌握了程序与该设计。从编程到生成元器件再到波形仿真和成功下载，给我的最大体会是一步一个脚印，付出总会有回报的。6 参考文献 【1】EDA技术与应用 江国强 【2】EDA技术与verilog设计 王金明 冷自强附录附录1：仿真波形图（部分模块）cnt24模块仿真波形图nyr模块仿真波形图附录2:程序清单2.1 分频器模块module s_1 ( clk,cout);input clk;reg 24:0 q;output reg cout;always (posedge clk) begin if (q=20000000-1) q=0; /1s else q=q+1; if(q<=10000000-1) cout=1; /0.5s else cout=0; end Endmodule2.2 cnt24计数器源程序module cnt24(clk,clrn,j,q,cout); /clk秒时钟输入端，clrn清除输入端，cout“天”脉冲输出端 input clk,clrn,j; /j校时输入端， output reg 7:0 q; output reg cout; always (posedge clkj or negedge clrn) /j与时钟输入端clk异或就可以达到校时的作用 begin if (clrn) q=0; /低电平有效 else begin if (q=h23) q=0; else q=q+1; if (q3:0=ha) begin q3:0=0; q7:4=q7:4+1; end if (q=h23) cout=1; else cout=0;end end endmodule2.3 cnt60计数器源程序module cnt60(clk,clrn,j,q,cout); input clk,clrn,j; output reg 7:0 q; output reg cout; always (posedge clkj or negedge clrn) begin if (clrn) q=0; else begin if (q=h59) q=0; else q=q+1; if (q3:0=ha) begin q3:0=0; q7:4=q7:4+1; end if (q=h59) cout=1; else cout=0;end end endmodule 2.4 年月日模块module nyr2014(clrn,clk,jn,jy,jr,qn,qy,qr);input clrn,clk,jn,jy,jr;output 15:0 qn;output 7:0qy,qr;reg 15:0 qn;reg7:0 qy,qr;reg clkn,clky;reg7:0 date;reg clkn1, clkn2 , clkn3; initial begin clkn1=1; clkn2=2 ; clkn3=1;endinitial begin qn=h2000;qy=1;qr=1;end always (posedge (clkjr) or negedge clrn)begin if (clrn) qr=1;else beginif (qr=date) qr=1; else qr=qr+1; if (qr3:0=ha) begin qr3:0=0; qr7:4=qr7:4+1; end if (qr=date) clky=1; else clky=0;end end always (posedge clkyjy or negedge clrn)begin if (clrn) qy=1; else begin if (qy=h12) qy=1; else qy=qy+1; if (qy3:0=ha) begin qy3:0=0; qy7:4=qy7:4+1; end if (qy=h12) clkn=1; else clkn=0;end end always begin case(qy) h01: date=h31; h02: begin if (qn/4=0)&(qn/100!=0)|(qn/400=0) date=h29; else date=h28;end h03: date=h31; h04: date=h30; h05: date=h31; h06: date=h30; h07: date=h31; h08: date=h31; h09: date=h30; h10: date=h31; h11: date=h30; h12: date=h31; default :date=h30; endcaseend always (posedge (clknjn) or negedge clrn) begin if (clrn) qn3:0=0; else begin if (qn3:0=9) qn3:0=0; else qn3:0= qn3:0+1; if (qn3:0=9) clkn1=0; else clkn1=1;end end always (posedge clkn1 or negedge clrn) begin if (clrn) qn7:4=0; else begin if (qn7:4=9) qn7:4=0; else qn7:4=qn7:4+1; if (qn7:4=9) clkn2=0; else clkn2=1;end endalways (posedge clkn2 or negedge clrn) begin if (clrn) qn11:8=0; else begin if (qn11:8=9) qn11:8=0; else qn11:8= qn11:8+1; if (qn7:4=9) clkn3=0; else clkn3=1;end endalways (posedge clkn3 or negedge clrn) begin if (clrn) qn15:12=2; else if (qn15:12=9) qn15:12=0; else qn15:12= qn15:12+1; end Endmodule2.5 校时选择模块module xs_6(k,jm,jf,js,jr,jy,jn,j1,j2,j3); /k是控制输入端input k,j1,j2,j3;output reg jm,jf,js,jr,jy,jn;always Beginif (k=0) jm,jf,js=j1,j2,j3;/k=0是,控制将校时按钮j1、j2和j3的信号分别分别送到计时器模块的jm、jf else jr,jy,jn=j1,j2,j3;/k=1时校时按钮j1、j2、j3的信号分别送到年月日模块的jr、jy、jn endEndmodule2.6显示选择模块的设计module mux_16(k,qm,qf,qs,qr,qy,qn,q);input k; /k是控制输入端，k=1时将年月日送来的qr、qy、qn状态信号送到数码管显示input7:0 qm,qf,qs,qr,qy;input15:0 qn;output reg 31:0 q;always beginif(k=0) begin q31:24=0; q23:0=qs,qf,qm;end else q=qn,qy,qr; endendmodule 2.7控制模块源程序module contr(clk,k1,k2,k); /clk是1s时钟输入端;k1和k2是控制输入端input clk,k1,k2;output reg k; /k是控制输出端reg3:0 qc;reg rc;always (posedge clk)beginqc=qc+1;if (qc<8)rc=0;else rc=1;case(k1,k2)0:k=rc; /k1k2=00或11时是自动显示模块，控制数码器用8s钟时间显示年月日8s显示时分秒1:k=0; /k1k2=01时仅控制显示时分秒，同时用j1、j2、j3校秒、校分和校时2:k=1; /k1k2=10时，仅显示年、月、日，同时用j1、j2、j3校年、校月和校日3:k=rc; /11endcase endendmodule/在控制模块中使用了一个16分频电路，输出rc时16s的方波，即8s为高电平、8s为低电平用于万年历的自动倒换模式。2.8 生日彩灯模块module czbf (clk,k,qy,qr,q,qo); input clk,k; input 7:0 qy,qr; output reg 11:0 q, qo; reg s,qs,clkn; reg24:0 qq; reg6:0 qss; initial q=5; always ( posedge clk) begin if (qq=2000000-1) qq=0; else qq=qq+1; if (qq=2000000-1) clkn=1; else clkn=0; end always (posedge clkn) begin if (s) begin qs=q11; q=q<<1;q0=qs;end else begin qs=q0; q=q>>1;q11=qs;end end always (posedge clkn) begin qss=qss+1; if (qss<63) s=0; else s=1; end always begin if (qy=h05&qr=h13&k) qo=q; else qo=0; end endmodule /当数码管上的月日与某生日相同时，流水灯相继左右旋转。此时可通用拨动开关K控制流水灯的亮灭。17综合a类